工程化光纤光栅传感器及其在路面结构中的测试研究

摘要

光纤光栅是二十世界末测试领域最重要的发明之一。近年来，成为世界研究热点的结构健康监测为光纤光栅传感技术在土木工程领域的应用提供了机遇。然而，如何结合光纤光栅的感知特性和土木工程健康监测的测试需要研制开发性能稳定可靠、耐久性好的工程化传感器并应用于重大工程中是目前重要的课题。本文根据光纤光栅的温度和应变感知特性，研制出几种工程化传感器，并在公路路面结构中进行实际应用。主要研究工作与成果如下：
　　首先，针对普通的光纤光栅温度传感器受到外力作用时导致波长变化进而影响测量准确性的情况，研制出原型封装和增敏封装两种无外力影响光纤光栅温度传感器，并进行了性能检验，试验结果良好，能够满足实际工程需要。
　　其次，研制开发出一种具有测温和温度自补偿功能的光纤光栅土压力传感器，并对传感器的压力传感特性，如线性度、灵敏度、重复性和迟滞等，以及传感器的温度感知和温度自补偿性能进行了试验研究，得到了较好的结果，表明该传感器能够满足实际测试需要。
　　然后，研制开发出一种适用于路面结构的三维高耐久性 FRP封装光纤光栅应变传感器，并针对该传感器的工程应用提出了合理的布设工艺。该传感器相对于传统的电学类应变传感器在耐久性和稳定性等方面具有明显的优势。
　　最后，在山东省泰莱高速公路旧路改造项目中采用研制开发的高耐久性FRP封装光纤光栅应变传感器对路面结构进行了静载和动载情况下的应变测试，比较了车速、车重和车辆作用位置对各结构层应变的影响，结果表明两种传感器性能可靠稳定，具有良好的应用前景。

目录

工程化光纤光栅传感器及其在路面结构中的测试研究

RESEARCH ON FBG SENSORS FOR PRACTICAL INFRASTRUCTURES AND THEIR APPLICATION IN THE MEASUREMENT OF HIGHWAY ROAD

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 光纤光栅传感器在土木工程中的应用与研究

1.3 本文主要研究内容

第2章 无外力影响光纤光栅封装温度传感器的研制

2.1 引言

2.2 光纤光栅温度感知特性

2.3 无外力影响光纤光栅封装温度传感器结构设计

2.4 无外力影响光纤光栅封装温度传感器性能检验

2.5 本章小结

第3章 光纤光栅土压力传感器的研制

3.1 引言

3.2 光纤光栅土压力传感器的结构

3.3 光纤光栅土压力传感器基本原理

3.4 光纤光栅土压力传感器设计与制作

3.5 传感器性能试验

3.6 本章小结

第4章 路面结构用光纤光栅应变传感器的研制及其布设工艺

4.1 引言

4.2 路面结构用光纤光栅应变传感器结构设计与制作

4.3 路面结构用光纤光栅应变传感器性能检验

4.4 传感器的布设工艺研究

4.5 本章小结

第5章 光纤光栅传感器在路面结构测试中的应用

5.1 引言

5.2 工程概况

5.3 光纤光栅传感器布设

5.4 静载测试

5.5 动载测试

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢